基于棲息地指數(shù)的東太平洋黃鰭金槍魚(yú)漁場(chǎng)預(yù)報(bào)

趙海龍, 陳新軍, 方學(xué)燕

1上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院, 上海　201306

2 國(guó)家遠(yuǎn)洋漁業(yè)工程技術(shù)研究中心, 上海　201306

3 上海海洋大學(xué)大洋漁業(yè)可持續(xù)開(kāi)發(fā)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 上?！?01306

4 遠(yuǎn)洋漁業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心, 上?！?01306

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基于棲息地指數(shù)的東太平洋黃鰭金槍魚(yú)漁場(chǎng)預(yù)報(bào)

趙海龍1,4, 陳新軍1,2,3,4，*, 方學(xué)燕1,4

1上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院, 上海201306

2 國(guó)家遠(yuǎn)洋漁業(yè)工程技術(shù)研究中心, 上海201306

3 上海海洋大學(xué)大洋漁業(yè)可持續(xù)開(kāi)發(fā)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 上海201306

4 遠(yuǎn)洋漁業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心, 上海201306

摘要:黃鰭金槍魚(yú)是東太平洋海域重要的金槍魚(yú)種類(lèi)之一，也是我國(guó)金槍魚(yú)延繩釣的主要捕撈對(duì)象之一。根據(jù)2011年?yáng)|太平洋海域(20°N—35°S、85°W—155°W)延繩釣生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合表溫(SST)和海面高度(SSH)的遙感數(shù)據(jù)，采用頻次分析法獲得黃鰭金槍魚(yú)分布的SST和SSH適宜范圍；運(yùn)用一元非線性回歸方法，以漁獲量為適應(yīng)性指數(shù)，按季度分別建立了基于SST和SSH的長(zhǎng)鰭金槍魚(yú)棲息地適應(yīng)性指數(shù)，采用算術(shù)平均法獲得基于SST和SSH環(huán)境因子的棲息地指數(shù)綜合模型，并用2012年各月實(shí)際作業(yè)漁場(chǎng)進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果顯示，黃鰭金槍魚(yú)漁場(chǎng)多分布在SST為24—29℃、SSH為0.3—0.7 m的海域。采用一元非線性回歸建立的各因子適應(yīng)性指數(shù)模型在統(tǒng)計(jì)上均為顯著(P<0.05)。經(jīng)與2012年實(shí)際生產(chǎn)情況比較，作業(yè)漁場(chǎng)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性達(dá)66%以上。研究獲得棲息地指數(shù)模型可為金槍魚(yú)延繩釣漁船尋找中心漁場(chǎng)提供參考。

關(guān)鍵詞：黃鰭金槍魚(yú); 漁情預(yù)報(bào); 東太平洋; 棲息地指數(shù); 海洋環(huán)境因子

黃鰭金槍魚(yú)(Thunnusalbacares)是一種高度洄游的大洋性魚(yú)類(lèi)，在東太平洋是延繩釣的重要捕撈對(duì)象[1]。影響黃鰭金槍魚(yú)漁場(chǎng)分布的環(huán)境因子很多，涉及水溫、水溫垂直結(jié)構(gòu)、葉綠素和溶解氧等[2- 10]。Romena[8]指出黃鰭金槍魚(yú)的中心漁場(chǎng)分布受20 ℃等溫線影響。Song等[9]分析得出黃鰭金槍魚(yú)的垂直分布和溫躍層有關(guān)。但Maury等[10]指出，在延繩釣漁業(yè)中，表溫對(duì)黃鰭金槍魚(yú)的單位捕撈努力量漁獲量(CPUE) 影響較小，因?yàn)槠渲饕植荚谏顚雍Ｓ颉＞C合前人研究成果，認(rèn)為影響黃鰭金槍魚(yú)漁場(chǎng)分布的因素是多方面的，但是目前的研究往往采用單一因子進(jìn)行分析[5- 10]，各因素沒(méi)有進(jìn)行有機(jī)整合，也沒(méi)有建立相應(yīng)的漁場(chǎng)預(yù)報(bào)模型。棲息地指數(shù)(HSI)常被用來(lái)描述野生動(dòng)物的棲息地質(zhì)量，目前已被用于魚(yú)類(lèi)漁場(chǎng)的預(yù)報(bào)中[11- 12]，它能夠把各種環(huán)境因子有機(jī)的整合在一起。為此，本研究利用我國(guó)東太平洋黃鰭金槍魚(yú)延繩釣生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)黃鰭金槍魚(yú)漁場(chǎng)的空間分布特征進(jìn)行分析，探討海洋環(huán)境因子與黃鰭金槍魚(yú)產(chǎn)量和CPUE的關(guān)系，并建立黃鰭金槍魚(yú)棲息地適應(yīng)性模型，為東太平洋黃鰭金槍魚(yú)中心漁場(chǎng)預(yù)報(bào)提供參考。

1材料與方法

1.1數(shù)據(jù)來(lái)源

生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)資料來(lái)自上海金優(yōu)遠(yuǎn)洋漁業(yè)有限公司2011—2012年在東太平洋公海金槍魚(yú)延繩釣生產(chǎn)數(shù)據(jù)。其中2011年的數(shù)據(jù)用于黃鰭金槍魚(yú)棲息地研究，2012年的數(shù)據(jù)用于棲息地指數(shù)模型驗(yàn)證。共6艘生產(chǎn)船，每艘船噸位均為157 t，主機(jī)功率均為407kW，冷海水保鮮。作業(yè)海域?yàn)闁|太平洋海域(20°N—35°S、85°W—155°W)。數(shù)據(jù)包括作業(yè)時(shí)間、作業(yè)位置、黃鰭金槍魚(yú)產(chǎn)量(kg)和鉤數(shù)。

海表溫(SST)數(shù)據(jù)來(lái)自美國(guó)國(guó)家航空航天局的遙感資料(http://poet.jpl.nasa.gov/)，其數(shù)據(jù)空間分辨率為1°×1°。海面高度(SSH，m)的數(shù)據(jù)來(lái)自哥倫比亞大學(xué)衛(wèi)星遙感網(wǎng)站(http://iridl.ldeo.columbia.edu/docfind/databrief/cat-ocean.html)，空間分辨率為 1°×1°。時(shí)間和區(qū)域與生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相同。

1.2漁場(chǎng)分布與海表溫、海面高度的關(guān)系分析

首先以經(jīng)緯度1°×1°為空間統(tǒng)計(jì)單位，按月對(duì)其作業(yè)位置、產(chǎn)量和放鉤數(shù)進(jìn)行初步統(tǒng)計(jì)，并計(jì)算平均每千鉤產(chǎn)量(CPUE，kg/千鉤)。利用頻度分析法按SST 1 ℃為組距、SSH 0.1 m為組距，分別分析各月產(chǎn)量、CPUE與SST和SSH的關(guān)系，獲得各月作業(yè)漁場(chǎng)SST和SSH的最適范圍。

1.3棲息地模型的建立

通常在作業(yè)漁船下鉤之前，船長(zhǎng)會(huì)根據(jù)探漁儀映像、海洋環(huán)境狀況、周?chē)鷿O船作業(yè)情況進(jìn)行綜合判斷，使得作業(yè)漁船往往會(huì)集中在某一區(qū)域生產(chǎn)，同時(shí)作業(yè)漁船之間會(huì)產(chǎn)生相互干擾，從而影響CPUE值[13-14]。因此，本研究以產(chǎn)量作為表征棲息地指數(shù)的指標(biāo)。分1—3月、4—6月、7—9月和10—12月各季節(jié)分別建立基于SST、SSH的適應(yīng)性指數(shù)(SI)模型。本文假定最高產(chǎn)量(PROmax)為黃鰭金槍魚(yú)資源分布最多的海域，認(rèn)定其棲息地指數(shù)為1；作業(yè)產(chǎn)量為0時(shí)，則認(rèn)定是長(zhǎng)鰭金槍魚(yú)資源分布較少的海域，認(rèn)定其 HSI為0[15]。

(1)

式中，SIi為i季度的適應(yīng)性指數(shù)；PROi,max為i季度的最大產(chǎn)量。

利用一元非線性回歸分別建立SST與SI、SSH與SI 之間的關(guān)系模型，利用 DPS7.5 軟件求解。利用算術(shù)平均法(arithmetic mean model，AMM)[11,16]計(jì)算棲息地綜合指數(shù)(HSI)，HSI 在 0(不適宜)到 1(最適宜)之間變化。算術(shù)平均值法在金槍魚(yú)棲息地指數(shù)模型中得到較好應(yīng)用[12,17-18]。計(jì)算公式為：

HSI= (SISST+SISSH)/2

(2)

式中，SISST、SISSH分別為基于SST、SSH的適應(yīng)性指數(shù)。

1.4中心漁場(chǎng)預(yù)報(bào)驗(yàn)證

(1)將 2012 年生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(PRO)和棲息地指數(shù)(HSI)均分為 5 個(gè)級(jí)別[19]。將產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(PRO)采用自然邊界法(Natural Breaks)[20]進(jìn)行劃分，0 t≤PRO<500 t，記為等級(jí)1；500 t≤PRO<1000 t，記為等級(jí)2；1000 t≤PRO<5000 t，記為等級(jí)3；5000 t≤PRO<10000 t，記為等級(jí)4；PRO>10000 t，記為等級(jí)5。同樣，HSI也劃分為 5 個(gè)等級(jí)，即：0.0≤HSI <0.1，記為等級(jí)1；0.1≤HSI <0.3，記為等級(jí)2；0.3≤HSI <0.5，記為等級(jí)3；0.5≤HSI <0.7，記為等級(jí)4；0.7≤HSI≤1.0，記為等級(jí)5。

(2)對(duì)于同一個(gè)作業(yè)漁區(qū)(1°×1°)，如果其產(chǎn)量數(shù)據(jù)級(jí)別與棲息地指數(shù)級(jí)別相同或相差之絕對(duì)值小于2，則認(rèn)為模型預(yù)報(bào)正確；如果級(jí)別相差之絕對(duì)值大于等于2，則認(rèn)為模型預(yù)報(bào)不正確[19]。

2結(jié)果

2.1產(chǎn)量和 CPUE 的逐月分布

分析認(rèn)為，高產(chǎn)(月產(chǎn)量超過(guò) 200 t)分布在2—3月和6月，產(chǎn)量最高為 2月，達(dá)到250 t 以上(圖1)，占全年總產(chǎn)量的 12.6%，其 CPUE 為 79.5 kg/千鉤。產(chǎn)量最低的為 4 月，僅為 77.8 t，占全年總產(chǎn)量的 3.9%，其 CPUE 為 31.2 kg/千鉤(圖1)。

圖1　黃鰭金槍魚(yú)延繩釣產(chǎn)量和單位捕撈努力量漁獲量(CPUE)月變化Fig.1　Monthly catch and catch per fishing unit (CPUE) of yellowfin tuna

2.2產(chǎn)量、CPUE 與SST 的關(guān)系

由圖2可知，1—3 月產(chǎn)量和 CPUE 較高的SST 為 24—27 ℃；4—6月產(chǎn)量和CPUE 較高的SST為 25—29 ℃；7—9月份產(chǎn)量與CPUE較高的SST基本為26—28 ℃，此外發(fā)現(xiàn)在SST為24 ℃以下海域，其產(chǎn)量和CPUE分布有些不一致。10—12月產(chǎn)量和CPUE較高的SST為25—28 ℃。

圖2　黃鰭金槍魚(yú)延繩釣月產(chǎn)量和 CPUE 與表溫關(guān)系Fig.2　Monthly catch and CPUE of Yellowfin tuna with the changes of sea surface temperature柱狀為產(chǎn)量；線段為CPUE；SST:表溫Sea surface temperature

2.3產(chǎn)量、CPUE 與SSH的關(guān)系

由圖3可知，1—3 月產(chǎn)量最高時(shí)的SSH 為 0.3 m，1 月和 3月CPUE 最高時(shí)的SSH為 0.3 m，2月CPUE 最高時(shí) SSH為 0.2 m； 4—5月產(chǎn)量和 CPUE 較高的 SSH 為 0.3—0.8 m；6月產(chǎn)量和 CPUE最高的 SSH 均為 0.6 m；7月和8月產(chǎn)量最高時(shí)的SSH為0.6m，7月和8月CPUE最高的SSH為0.5 m；9月和10月產(chǎn)量最高時(shí)的SSH為0.4 m，但其CPUE最高的SSH分別為0.3 m和0.5 m；11月和12月產(chǎn)量和CPUE均最高的SSH分別為0.6 m和0.4 m。

圖3　黃鰭金槍魚(yú)月產(chǎn)量和 CPUE 與 海面高度的關(guān)系Fig.3　Relationship between monthly catch and CPUE of yellowfin tuna and sea surface height柱狀為產(chǎn)量；線段為CPUE；SSH:海面高度 sea surface height

2.4HSI 模型的建立

利用一元非線性回歸模型擬合以 SST和SSH 為基礎(chǔ)的 SI 曲線。擬合的 SI 曲線模型見(jiàn)表 1，在統(tǒng)計(jì)上均為顯著(P<0.05)。

表1　基于單因子的各月黃鰭金槍魚(yú)棲息地指數(shù)模型

SSH:海面高度sea surface height；SST:表溫sea surface temperature

2.5模型驗(yàn)證分析

表2可反映出各月份HSI為0.6以上時(shí)的作業(yè)點(diǎn)個(gè)數(shù)，其各月占全月作業(yè)點(diǎn)數(shù)的比重在60%—75%。HSI為0.6以上時(shí)，全年作業(yè)點(diǎn)個(gè)數(shù)為265個(gè)，占總作業(yè)點(diǎn)數(shù)的66.42%，因此模型能夠較好的反映東太平洋黃鰭金槍魚(yú)漁場(chǎng)的分布情況。

表2　各月份不同棲息地指數(shù)(HSI)值下的實(shí)際作業(yè)點(diǎn)個(gè)數(shù)

HSI:棲息地指數(shù)habitat suitability index

2.6漁情預(yù)報(bào)驗(yàn)證結(jié)果

由表 3可知，1—3 月份作業(yè)漁區(qū)數(shù)為35個(gè)，利用HSI模型預(yù)報(bào)正確的為21個(gè)，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為60%；4—6月份作業(yè)漁區(qū)數(shù)為24個(gè)，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為62%；7—9月份作業(yè)漁區(qū)數(shù)為28個(gè)，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為68%；10—12月份作業(yè)漁區(qū)41個(gè)，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為71%。1—12 月份平均預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為66%。

表3　漁場(chǎng)預(yù)報(bào)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

3討論與分析

(1)溫度是影響海洋魚(yú)類(lèi)活動(dòng)最重要的環(huán)境因子之一，直接或間接地影響到魚(yú)類(lèi)資源量的分布、洄游和空間集群等[21]，本文著重對(duì)東太平洋黃鰭金槍魚(yú)漁場(chǎng)分布及其與SST關(guān)系進(jìn)行了分析，并建立了基于SST的SI模型；通過(guò)產(chǎn)量、CPUE分析了其作業(yè)漁場(chǎng)的季節(jié)變化，得出了黃鰭金槍魚(yú)漁場(chǎng)空間分布的一些初步規(guī)律，作業(yè)漁場(chǎng)多分布在SST為24—29 ℃的海域，約占總漁獲量的96%以上，上述SST范圍可作為全年各月中心漁場(chǎng)分布的指標(biāo)之一。盡管所分析的數(shù)據(jù)來(lái)源和空間尺度不一，但本研究結(jié)果與崔雪森等[22]的研究結(jié)論基本一致。研究結(jié)果可為漁業(yè)生產(chǎn)提供參考。

(2)SSH雖然沒(méi)有像水溫那樣顯著地影響著魚(yú)類(lèi)活動(dòng)，但是SSH也是影響?hù)~(yú)類(lèi)洄游、集群和分布的關(guān)鍵性因素之一[13]。本文分析了黃鰭金槍魚(yú)漁場(chǎng)分布及其與SSH關(guān)系，并建立基于SSH的SI模型，作業(yè)漁場(chǎng)多分布在SSH為0.3—0.7 m的海域，約占總漁獲量的95%以上，上述SSH范圍可作為全年各月中心漁場(chǎng)分布的指標(biāo)之一。

(3)本研究根據(jù)已建立的棲息地指數(shù)模型，利用 SST和SSH兩個(gè)海洋環(huán)境因子對(duì)東太平洋黃鰭金槍魚(yú)漁場(chǎng)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。根據(jù) 2012年各月實(shí)際產(chǎn)量分布與理論計(jì)算獲得 HSI 分析，其平均漁場(chǎng)預(yù)報(bào)精度達(dá)到了66%。在所有月份中，實(shí)際作業(yè)漁場(chǎng)的范圍基本上落在漁情預(yù)報(bào)的理論范圍內(nèi)(表3)。因此，本研究所建立的漁情預(yù)報(bào)模型用來(lái)預(yù)測(cè)東太平洋黃鰭金槍魚(yú)漁場(chǎng)是可行的。當(dāng)然，漁情預(yù)報(bào)的精度和檢驗(yàn)方法還有進(jìn)一步改進(jìn)的地方，比如在模型構(gòu)建應(yīng)考慮更多的環(huán)境因子，并且要不斷更新生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)完善漁情預(yù)報(bào)模型。研究結(jié)果對(duì)指導(dǎo)漁業(yè)生產(chǎn)節(jié)省生產(chǎn)成本有實(shí)際意義。

(4)通過(guò)分析CPUE和產(chǎn)量與SST、SSH的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)最適的SST和SSH的范圍并不完全一致。因?yàn)樵谏虡I(yè)化作業(yè)海域，船長(zhǎng)一方面通常是依靠探魚(yú)儀來(lái)尋找中心漁場(chǎng)，同時(shí)往往根據(jù)船隊(duì)的作業(yè)情況來(lái)尋找漁場(chǎng)，因此往往會(huì)集中在一個(gè)海域進(jìn)行集中作業(yè)。因此，在作業(yè)集中的海域產(chǎn)量往往會(huì)比較高，同時(shí)也影響到CPUE值；相反，一些作業(yè)漁船少的區(qū)域，其CPUE有可能較高。因此，在今后的研究中需要針對(duì)不同作業(yè)類(lèi)型和不同漁業(yè)，研究采用CPUE和產(chǎn)量哪一個(gè)更為合適。

盡管上述建立的東太平洋黃鰭金槍魚(yú)棲息地指數(shù)模型有較高的精確度，但是黃鰭金槍魚(yú)漁場(chǎng)還與500 m以?xún)?nèi)水層的水溫結(jié)構(gòu)、葉綠素濃度、溫躍層、餌料生物分布、鋒面以及 厄爾尼諾-南方濤動(dòng)(ENSO)等有關(guān)[2- 4,8- 9]，這些因素對(duì)黃鰭金槍魚(yú)漁場(chǎng)均有一定的影響。因此，在以后的研究中需綜合考慮上述因子，以進(jìn)一步完善黃鰭金槍魚(yú)棲息地模型，為海洋漁業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)參考。

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Forecasting fishing ground ofYellowfintunaintheEasternPacificOceanbasedonthehabitatsuitabilityindex

ZHAOHailong1,4,CHENXinjun1,2,3,4,*,FANGXueyan1,4

1 College of Marine Sciences of Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China 2 National Engineering Research Center for Oceanic Fisheries, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China 3 The Key Laboratory of Sustainable Exploitation of Oceanic Fisheries Resources, Ministry of Education, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China

4CollaborativeInnovationCenterforDistant-waterFisheries,Shanghai201306,China

Abstract:Yellowfin tuna, Thunnus albacares, is a species of tuna found in the eastern Pacific Ocean, and has been one of the main targets of purse seine and longline fisheries since the 1970s. Chinese longline tuna fleets started to capture this species in 1999. According to the catch statistics from the Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), during the period between 2008 and 2012, the annual catch of T. albacares ranged from 185 000 t to 260 000 t with an average of 213 000 t. The formation of T. albacares fishing grounds is considered to be complicated, and may be affected by many environmental factors. Many methods have been used to predict the location of fishing grounds. These include habitat suitability index (HSI), which is generally used to describe the quality of fish habitat, but recently has been applied to predict the location of fishing grounds. HSI models can be also used to inform fishery management and fish conservation. In this study, a HSI model was developed to predict the locations of T. albacares fishing grounds in the eastern Pacific using sea surface temperature (SST) and sea surface height (SSH) as explanatory environmental variables. The suitable ranges of SST and SSH were estimated using the frequency analysis method. Catch data for T. albacares were used as a suitability index, and quarterly suitability curves based on SST and SSH were derived using non-linear regression. Catch data were obtained from the Chinese longline fishery operating in the eastern Pacific Ocean (20°N—30°S and 85°W—155°W) in 2011. The spatial resolution of catch and environmental data is 1 degree latitude by 1 degree longitude, and data were recorded monthly. The HSI model was set up using an arithmetic mean model (AMM). The model was validated using separate a data set (2012 catch data from the same area). The T. albacares fishing grounds were mainly located in the waters with SST 24—29°C and SSH 0.3—0.7 m. The suitability index model for each factor (SST and SSH) was significant (P < 0.05). The accuracy with which fishing grounds were predicted for each quarter in 2012 varied from 60% to 71%, with an average of 66%. The actual T. albacares fishing grounds were almost all located in the forecast areas in all months. The HIS forecasting model developed in this study could provide valuable information for finding T. albacares fishing grounds in the eastern Pacific Ocean. However, in order to better forecast T. albacares fishing grounds using HIS models, more environmental factors should be included in the model, such as water temperature structure, sea front, Chlorophyll-a, and El Nio-Southern Oscillation (ENSO) index.

Key Words:Thunnus albacares; fishing ground forecasting; eastern pacific; habitat suitability index; environmental data

DOI:10.5846/stxb201405130975

*通訊作者

Corresponding author.E-mail:xjchen@shou.edu.cn

收稿日期:2014- 05- 13; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 06- 11

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